Marty et Albert réfléchissent aux subtilités du voyage dans le temps. UNIVERSEL/SHIRLAINE FORREST/BETTMANN/GETTY

Pourra-t-on un jour voyager dans le temps ? Bien, selon une nouvelle théorie mathématique, cela pourrait être possible - en supposant que nous puissions trouver de la matière exotique.

Depuis que H. G. Wells a popularisé le concept de la machine à remonter le temps avec son roman de 1895, la culture populaire a été fascinée par l'idée de construire une machine qui pourrait comme par magie se glisser à travers l'histoire. Quand Wells a écrit "La machine à remonter le temps, " la science considérait le temps comme un fleuve implacable, s'écoulant toujours vers l'avant à un rythme constant.

Puis, plus de 20 ans plus tard, Albert Einstein a renversé notre vision de l'univers en présentant au monde sa théorie révolutionnaire de la relativité générale. Soudainement, nous avons réalisé que l'espace et le temps n'étaient pas aussi rigides que les théories classiques le prédisaient. Dans l'univers d'Einstein, l'espace et le temps sont unifiés pour créer l'espace-temps et il peut être déformé, plié et même créer des ondulations - un phénomène connu sous le nom d'ondes gravitationnelles.

La relativité générale a ouvert les vannes aux possibilités de voyage dans le temps. En 1949, Le mathématicien Kurt Gödel a présenté à Einstein le premier modèle mathématique dans lequel un univers en rotation peut permettre un voyage dans le temps. Plus récemment, des physiciens tels que Kip Thorne ont proposé l'utilisation de trous de ver (une autre prédiction de la relativité générale) pour faciliter le voyage dans le temps.

En 2013, Ben Tippett et son collègue David Tsang ont formulé un modèle mathématique pour le voyage dans le temps. La méthode s'appelait TARDIS.

Bien sûr, le nom « TARDIS » – un acronyme pour les domaines rétrogrades acausaux traversables dans l'espace-temps – n'était pas une coïncidence.

"Mon travail sur ce sujet a commencé juste autour du 50e anniversaire de 'Doctor Who, '" dit Tippett, qui travaille comme professeur de mathématiques et de physique à l'Université de la Colombie-Britannique. « J'ai analysé et réécrit le journal les week-ends et les vacances depuis lors, et l'a finalement fait publier."

Publié dans la revue Classical and Quantum Gravity, TARDIS décrit une manière différente de regarder la dimension du temps lui-même et comment il pourrait être manipulé pour créer une machine à remonter le temps - ou, au moins, une construction mathématique d'un hypothétique machine à remonter le temps.

L'espace et le temps

Bien qu'Einstein ait unifié l'espace et le temps il y a plus d'un siècle, trop souvent, nous voyons le temps comme une dimension à part, fait remarquer Tippett, expert en relativité générale.

Une façon courante de penser à l'espace-temps est d'imaginer une feuille de caoutchouc suspendue. Si vous faites rouler un objet lourd, comme une boule de bowling, à travers la feuille, la feuille se déformera autour de la masse. C'est l'un des principes clés de la relativité générale; la courbure de l'espace-temps (le caoutchouc déformé) autour d'objets massifs (boule de bowling) crée la gravité. Plus la masse est grande, plus les effets gravitationnels sur l'espace-temps sont importants. La masse et la gravité sont donc intimement liées.

Ce modèle peut être un excellent moyen d'imaginer comment les trois dimensions de l'espace sont déformées par la masse, mais qu'en est-il du temps ?

Les quatre dimensions – les trois dimensions de l'espace et une du temps – doivent être considérées comme un continuum espace-temps. Dans ce cas, ce ne sont pas seulement les trois dimensions de l'espace qui sont déformées; le temps est, aussi.

Bien sûr, nous avons déjà savoir cette. Pour synchroniser les horloges des satellites avec celles de la Terre, une petite correction pour les effets de la relativité générale doit être incluse dans le logiciel des satellites – les satellites orbitent autour de la Terre dans un environnement de gravité plus faible qu'à la surface de la Terre. Par conséquent, le temps s'écoule plus lentement (quoique de façon infinitésimale) ici, profondément dans le puits gravitationnel de la Terre.

Poussez maintenant ce raisonnement à l'extrême :imaginez que vous avez une sœur jumelle qui voyage courageusement vers l'horizon des événements d'un trou noir - le point auquel l'espace-temps est tellement déformé que même la lumière ne peut échapper à la gravité du trou noir. Alors qu'elle se rapproche de l'horizon des événements, l'espace-temps devient de plus en plus déformé, la gravité augmente et le temps ralentit . En supposant que son vaisseau spatial a assez de carburant, elle se retire avant d'atteindre l'horizon des événements et revient sur Terre. Quand elle revient, n'ayant vieilli qu'un jour, tu n'es pas là pour l'accueillir. Tu es mort. En réalité, la dilatation du temps était si extrême pendant sa mission que tout le monde a vieilli et est mort, la civilisation humaine est éteinte et la Terre est envahie par des cafards géants.

Il s'agit d'une variante de ce qu'on appelle le « paradoxe des jumeaux ».

Le besoin de matière exotique

Plutôt que de percer l'espace-temps (voyager à travers un trou de ver) ou de voyager près d'un objet incroyablement massif pour déformer l'espace-temps (un trou noir), TARDIS nécessite un type de courbure de l'espace-temps qui ne peut pas être produit par la matière régulière. Selon la relativité générale, de grandes masses de matière régulière ne peuvent provoquer une courbure que gravitationnellement attractive. Selon Tippett, la courbure requise pour construire TARDIS ne peut être créée qu'à l'aide d'un bizarre, et actuellement inconnu, type de matière connue simplement sous le nom de "matière exotique" qui a l'effet inverse.

Si, à l'avenir, nous trouvons cette matière exotique et trouvons comment l'exploiter, la "machine à remonter le temps" TARDIS pourrait envoyer un voyageur dans le temps en arrière et en avant dans le temps. Le voyageur temporel serait contenu dans une bulle d'espace-temps "normal" et de la matière exotique serait alors appliquée à la bulle, le faisant voyager dans l'espace-temps sur un grand passage circulaire. Le voyageur à l'intérieur de la bulle ressentirait une accélération constante pendant son trajet. Plus le cercle est grand, plus ils iraient en arrière et en avant dans le temps.

Mais il y a un hic.

"Pour autant que je sache, nous n'avons jamais détecté, observé, ou interagi avec de la matière exotique, " Tippett dit à HowStuffWorks. " La matière exotique est une classe de matière qui est répulsive gravitationnelle - ou plutôt, cela provoque un type de courbure de l'espace-temps associée à la gravité qui sépare les choses - et nous ne l'avons jamais vu. "

Des paradoxes à gogo ?

Maintenant, supposons simplement que nous surmontons le problème de la matière exotique et réalisions un voyage dans le temps, Est-ce que voyager dans le temps ne provoquerait pas toutes sortes de paradoxes du continuum espace-temps de type « Retour vers le futur » ? Marty pourrait-il voyager en 1955 vraiment mettre sa propre vie en danger en devenant accidentellement l'intérêt amoureux de sa propre mère ?

Si voyager dans le temps peut changer l'histoire, comme le prédit la crise existentielle de Marty, nous avons un paradoxe. Dans ce cas, il est connu sous le nom de « Grand-père Paradoxe, " et c'est une bonne façon de visualiser ce problème. Le paradoxe demande essentiellement :si vous avez voyagé dans le temps et tué votre grand-père (ou votre mère ne finit jamais par épouser votre père biologique), cesseriez-vous d'exister ?

"Comme Doc Brown nous le rappelle :la résolution du Grand-père Paradoxe est de penser en quatre dimensions, " dit Tippett.

Selon la théorie d'Einstein, tout passé, l'histoire présente et future est tracée dans l'espace-temps, comme des fils tissés dans une tapisserie à quatre dimensions. Si vous remontiez le temps et que vous rencontriez votre jeune moi, une situation relativiste appelée "courbe temporelle fermée, " Pourriez-vous donner à votre plus jeune le Grays Sports Almanac, changeant ainsi radicalement votre avenir financier?

Pour pallier ce paradoxe, Le physicien théoricien russe Igor Novikov a proposé que l'univers ait une sécurité intégrée et, alors qu'il pourrait permettre des courbes de type temps fermées (c'est-à-dire, voyageurs du temps), la tapisserie de l'espace-temps ne peut pas être changée, peu importe à quel point vous essayez. Chaque fois que vous essayez de donner à votre moi passé l'almanach, une situation se présentera pour éviter qu'un paradoxe ne se produise. L'univers va s'adapter et contrer votre paradoxe (et, franchement, actions imprudentes).

"Le paradoxe du grand-père, dans mon esprit, est résolu avec la condition d'auto-cohérence de Novikov :vous ne pouvez pas changer le passé, " dit Tippett. " Tous les événements, passé et futur, sont disposés sur l'espace-temps à quatre dimensions, et ne peut pas changer.

"Alors qu'un objet peut interagir avec son propre passé, il ne peut pas le faire d'une manière incompatible avec sa propre histoire, " il ajoute.

Tippett compare l'idée à l'intrigue du film et de la série télévisée "12 Monkeys" - l'univers vous empêchera de modifier des événements historiques. Mais, il admet, nous ne serions probablement pas en mesure de tester l'une de ces hypothèses jusqu'à ce que nous ayons réellement réalisé un voyage dans le temps.

Cela dit, bien qu'une idée amusante à méditer, transformer un modèle mathématique en une machine à remonter le temps pleinement opérationnelle est peu probable.

"L'accent est mis ici sur" mathématiquement possible, mais physiquement improbable. Très, très, très improbable, '" conclut Tippett.

Maintenant c'est intéressant

Le physicien Stephen Hawking a déjà organisé une fête pour les voyageurs du temps. Sauf que personne ne s'est présenté. Hawking n'a envoyé les invitations qu'après la réception, en pensant que les seules personnes qui viendraient seraient celles qui pourraient voyager dans le temps.